“不知疲倦”的仿生軟材料：產生和生物一樣的形變

無論什麼材料都有一定的機械性能，無法進行永久地復雜運動，而據《科技日報》報道，華東師范大學張利東課題組與中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏課題組合作，設計出了一種聚合物智能薄膜，該智能薄膜“不知疲倦”，可以永遠保持優異的性能，因而被稱為“不知疲倦”的仿生軟材料。那麼，這款“不知疲倦”的仿生軟材料到底是什麼樣的？它的應用前景又如何？

智能薄膜的仿生形變。（圖片來源：《中國科學報》）

《中國科學報》介紹，研究團隊以聚偏氟乙烯（英文簡稱為PVDF）和聚乙烯醇（英文簡稱為PVA）高分子材料為研究對象，模擬生物結構衍生規律，利用模板技術將微孔道仿生結構復制到PVDF膜表面，使得制備的PVDF/PVA雙層薄膜在結構上具有周期變化的機械張量，實現了智能薄膜的仿生性能，通過外界刺激便可對智能薄膜仿生行為進行操控。該智能薄膜對丙酮分子的刺激極其敏感，並且通過對丙酮分子的快速吸收和釋放，可實現智能薄膜的長時間連續定向形變。

張利東在接受《中國科學報》採訪時表示，該智能薄膜的實驗過程也很有趣。當PVDF膜表面微孔道排列和薄膜的長軸夾角保持在30°或60°時，薄膜受到丙酮分子刺激產生右手性的纏繞運動﹔反之，微孔道排列和薄膜的長軸夾角保持在-30°或-60°時，薄膜則產生左手性的纏繞形變﹔當這種夾角保持在90°時，雙層膜吸收丙酮分子而產生向著PVA層的定向彎曲形變。

材料是人類生產和生活的物質基礎。近些年來，人們對所使用的材料提出了越來越高的要求，材料科學的發展由傳統單一的僅具有承載能力的結構材料或功能材料，向多功能化、智能化的結構材料發展。由於受到自然界生物的啟示，仿生材料受到越來越多的關注。據南方網報道，“不知疲倦”的仿生軟材料可以通過不同的結構設計，實現定向運動，可以用於監控空氣中的丙酮濃度等。此外，這種智能薄膜還可以用於驅動其他材料、器件運動。仿生軟材料的運動方式可以與自然界中各種復雜的運動方式相媲美，它將大大推動聚合物材料在傳感器、人工肌肉、柔體機器人等領域的重要應用。（郭星星）

本文由中科院物理所副研究員羅會仟進行科學性把關，專家主要研究領域為超導、電子、電磁、半導體、自動化、中子散射等。